Kdy metan exploduje?

Tento výbušný plyn se často nazývá „bažinový plyn“. Každý zná jeho specifickou vůni, ale ve skutečnosti se jedná o speciální přísady „s vůní plynu“, které se přidávají za účelem jeho rozpoznání. Při spálení nezanechává prakticky žádné škodlivé produkty. Tento plyn se mimo jiné poměrně aktivně podílí na vzniku známého skleníkového efektu.

Metan je plyn běžně spojovaný s živými organismy. Když byl v atmosférách Marsu a Titanu objeven metan, vědci začali doufat, že na těchto planetách existuje život. Metanu je na Rudé planetě málo, ale Titan je jím doslova „zaplaven“. A když ne pro Titan, tak pro Mars jsou biologické zdroje metanu stejně pravděpodobné jako geologické. Hodně metanu je na obřích planetách – Jupiter, Saturn, Uran a Neptun, kde vznikl jako produkt chemického zpracování hmoty z protosolární mlhoviny. Na Zemi je vzácný: jeho obsah v atmosféře naší planety je pouze 1750 dílů na miliardu objemu (ppbv).

Zdroje a produkce metanu

Metan je nejjednodušší uhlovodík, bezbarvý plyn bez zápachu. Jeho chemický vzorec je CH₄. Málo rozpustný ve vodě, lehčí než vzduch. Při použití v každodenním životě a průmyslu se obvykle do metanu přidávají odoranty se specifickým „plynovým zápachem“. Hlavní složkou přírodní (77-99 %), přidružené ropné (31-90 %), důlní a bažinné plyny (odtud jiné názvy pro metan – bažina či důlní plyn).

90–95 % metanu je biologického původu. Býložraví kopytníci, jako jsou krávy a kozy, vypouštějí pětinu ročních emisí metanu z bakterií v jejich žaludcích. Mezi další důležité zdroje patří termiti, neloupaná rýže, bažiny, filtrace zemního plynu (produkt minulého života) a fotosyntéza rostlin. Sopky přispívají k celkové bilanci metanu na Zemi méně než 0,2 %, ale zdrojem tohoto plynu mohou být i organismy minulých epoch. Průmyslové emise metanu jsou zanedbatelné. Objev metanu na planetě jako je Země tedy naznačuje přítomnost života na ní.

Metan vzniká při tepelném zpracování ropy a ropných produktů (10-57 % obj.), koksování a hydrogenaci uhlí (24-34 %). Laboratorní metody přípravy: fúze octanu sodného s alkálií, působení vody na methylmagneziumjodid nebo karbid hliníku.

V laboratoři se připravuje zahříváním sodného vápna (směs hydroxidu sodného a draselného) nebo bezvodého hydroxidu sodného s kyselinou octovou. Pro tuto reakci je důležitá nepřítomnost vody, proto se používá hydroxid sodný, protože je méně hygroskopický.

Vlastnosti metanu

Metan hoří ve vzduchu namodralým plamenem a uvolňuje energii asi 39 MJ na 1 m 3 . Se vzduchem tvoří výbušné směsi. Obzvláště nebezpečný je metan, který se uvolňuje při hlubinné těžbě nerostných surovin v důlních dílech, dále v úpravnách uhlí a briketách a v třídírnách. Když je tedy obsah ve vzduchu do 5–6 %, metan hoří v blízkosti zdroje tepla (teplota vznícení 650–750 °C), od 5–6 % do 14–16 % exploduje, přes 16 % může shořet příliv kyslíku zvenčí. Snížení koncentrace metanu může vést k výbuchu. Navíc výrazné zvýšení koncentrace metanu ve vzduchu může způsobit udušení (např. koncentrace metanu 43 % odpovídá 12 % O₂).

Přečtěte si více

Kdy je potřeba pevný závěs?

Výbušné hoření se šíří rychlostí 500–700 m/s; tlak plynu při výbuchu v uzavřeném prostoru je 1 Mn/m2. Po kontaktu se zdrojem tepla dochází s určitým zpožděním ke vznícení metanu. Na této vlastnosti je založeno vytváření bezpečnostních výbušnin a nevýbušných elektrických zařízení. Na místech, která jsou nebezpečná přítomností metanu (hlavně uhelné doly), tzv. plynový režim.

Při 150-200 °C a tlaku 30-90 atm se metan oxiduje na kyselinu mravenčí.

Metan tvoří inkluzní sloučeniny – plynové hydráty, které jsou v přírodě rozšířené.

Methan použití

Metan je tepelně nejstabilnější nasycený uhlovodík. Je široce používán jako domácí a průmyslové palivo a jako surovina pro průmysl. Chlorací methanu tak vzniká methylchlorid, methylenchlorid, chloroform a chlorid uhličitý.

Nedokonalým spalováním metanu vznikají saze a katalytická oxidace formaldehyd. , při interakci se sírou – sirouhlík.

Tepelně-oxidační krakování a elektrokrakování metanu jsou důležité průmyslové metody výroby acetylenu.

Základem průmyslové výroby kyseliny kyanovodíkové je katalytická oxidace směsi metanu a čpavku. Metan se používá jako zdroj vodíku při výrobě čpavku, dále k výrobě vodního plynu (tzv. syntézního plynu): CH₄ + H₂O → CO + 3H₂, sloužící k průmyslové syntéze uhlovodíků, alkoholů, aldehydů apod. Významným derivátem metanu je nitromethan.

Automobilové palivo

Metan je široce používán jako motorové palivo pro automobily. Hustota přírodního metanu je však tisíckrát nižší než hustota benzínu. Pokud tedy natankujete do auta metan za atmosférického tlaku, tak na stejné množství paliva jako na benzín budete potřebovat nádrž 1000x větší. Abychom nevezli obrovský přívěs s palivem, je nutné zvýšit hustotu plynu. Toho lze dosáhnout stlačením metanu na 20–25 MPa (200–250 atmosfér). Pro skladování plynu v tomto stavu se používají speciální lahve, které jsou instalovány na autech.

Metan a skleníkový efekt

Metan je skleníkový plyn. Pokud je stupeň dopadu oxidu uhličitého na klima konvenčně brán jako jedna, pak skleníková aktivita metanu bude 23 jednotek. Hladiny metanu v atmosféře za poslední dvě století velmi rychle vzrostly.

Nyní průměrný obsah metanu CH₄ v moderní atmosféře se odhaduje na 1,8 ppm (Díly na milión, Díly na milión). A ačkoli je to 200krát méně než jeho obsah oxidu uhličitého (CO₂), na jednu molekulu plynu je skleníkový efekt metanu – tedy jeho příspěvek k rozptylu a zadržování tepla vyzařovaného sluncem ohřátou Zemí – výrazně vyšší než u CO₂. Metan navíc absorbuje záření Země v těch „oknech“ spektra, která jsou průhledná pro jiné skleníkové plyny. Žádné skleníkové plyny – CO₂, vodní páry, metanu a některých dalších nečistot by průměrná teplota na zemském povrchu byla pouze –23 °C, nyní je však asi +15 °C.

Metan prosakuje na dně oceánu trhlinami v zemské kůře a ve značném množství se uvolňuje při těžbě a při vypalování lesů. Nedávno byl objeven nový, zcela nečekaný zdroj metanu – vyšší rostliny, ale mechanismy vzniku a význam tohoto procesu pro samotné rostliny nebyly dosud objasněny.

Přečtěte si více

Jak udělat tenký řez?